Содержание к диссертации
Введение
Состояние вопроса и задачи исследования
Общие положения 13
Методы и средства диагностирования тормозной системы АТС 16
1. Классификация стендов для диагностирования тормозных систем АТС 18
2. Силовые тормозные роликовые стенды 22
3. Инерционные роликовые тормозные стенды 29
4. Комбинированные тормозные роликовые стенды 31
Методы диагностирования ABS 34
1. Диагностирование ABS без использования специализированной аппаратуры и при помощи диагностических приборов (тестеров) 34
2. Диагностирование ABS методами дорожных испытаний 35
3. Диагностирование ABS методами стендовых испытаний 40
Параметры для контроля процесса торможения автомобиля с ABS в стендовых условиях 41
Выводы 43
Задачи исследования 43
Теоретическое обоснование контроля тормозной системы атс с функционирующей abs на полноопорном тормозном диагностическом стенде 45
Выявление взаимосвязей в системе «АПТКС» 45
Математическая модель системы «АПТКС» 50
1. Математическое описание выходных характеристик автомобильного колеса с эластичной шиной
2. Математическое описание тормозного механизма 56
3. Математическое описание работы электронного блока управления ABS 58
4. Математическое описание работы модулятора давления рабочего тела в тормозном приводе 59
5. Математическое описание динамики перемещения подрессоренных и неподрессоренных масс автомобиля в процессе его торможения на роликах стенда 61
6. Моделирование непараллельности оси автомобиля относительно оси стенда 69 Алгоритм расчета процесса торможения автомобиля с функционирующей ABS на тормозном роликовом стенде 70 Обоснование показателей, характеризующих процесс тормо-жения автомобиля с функционирующей ABS на стенде 73
Выводы 78
Методики экспериментальных исследований 80
Методика планирования экспериментальных исследований 80
Методика оценки адекватности математической модели системы «АПТКС» 82
Методика дорожных испытаний автомобилей с функционирующей ABS 84
1. Оборудование для дорожных испытаний тормозных систем автомобилей с функционирующей ABS 85
2. Методика тарировки систем измерения 87
2.1. Методика тарировки прибора «Эффект» 90
3. Методика проведения дорожных испытаний тормозных систем автомобилей с функционирующей ABS 92
4. Методика обработки результатов дорожных испытаний 94
Методика стендовых испытаний тормозных систем автомобилей с функционирующей ABS 98
1. Методика тарировки систем измерения силовых и кинематических параметров полноопорного тормозного роликового стенда 99
1.1. Методика тарировки системы измерения тормозных сил 100
1.2. Методика тарировки систем измерения угловой скорости опорных роликов стенда и колес автомобиля 103
2. Методика стендовых испытаний тормозных систем автомобилей с функционирующей ABS на полноопорном тормозном роликовом стенде 105
3. Методика обработки результатов стендовых испытаний тормозной системы автомобиля с функционирующей ABS 107
Выводы 109
Результаты исследования 110
Оценка адекватности математической модели системы «АПТКС» ПО Дорожные испытания тормозной системы автомобиля с функционирующей ABS
Обоснование метода контроля тормозной эффективности и устойчивости автомобилей с функционирующей ABS
на роликовых стендах 119
1. Обоснование конструкции механической части стенда для контроля тормозных систем автомобиля с функционирующей ABS 120
2. Обоснование параметров для контроля тормозных систем автомобиля с функционирующей ABS на роликовом стенде 131
4. Разработка конструкции полноопорного инерционного роликового стенда для контроля тормозных систем автомобиля с функционирующей АВ S 134
5. Результаты испытаний тормозной системы автомобиля с функционирующей ABS на полноопорном инерционном роликовом стенде 146
6. Математическое моделирование процесса торможения автомобиля с функционирующей ABS на стенде 148
7. Результаты контроля процесса торможения автомобиля с функционирующей ABS с использованием интегральных показателей 151
8. Выводы 161
Экономическая эффективность метода контроля тормозной эффективности и устойчивости автомобилей с ABS при их диагностировании на роликовых стендах 163
1. Расчёт стоимости полноопорного тормозного роликового стенда 163
2 Расчет экономической эффективности метода контроля тормозной эффективности и устойчивости автомобилей с ABS
при их диагностировании на роликовых стендах 165
Основные результаты и выводы 175
Список использованных источников
- Инерционные роликовые тормозные стенды
- Параметры для контроля процесса торможения автомобиля с ABS в стендовых условиях
- Математическое описание работы электронного блока управления ABS
- Обоснование конструкции механической части стенда для контроля тормозных систем автомобиля с функционирующей ABS
Введение к работе
Актуальность темы. Автомобиль остается самым опасным видом транспорта. По данным главного управления ГИБДД ежедневно в России происходит более 500 дорожно-транспортных происшествий (ДТП). За 2008 год произошло 218 322 ДТП, в результате которых погибло 30 тысяч и ранено 270 тысяч человек.
Из общего числа ДТП, произошедших из-за технических неисправностей, 40-50% обусловлены неисправностями тормозной системы. Современные тормозные системы становятся энергоёмкими, их конструкция усложняется, увеличивается число автомобилей, оснащенных антиблокировочными системами (ABS).
Для повышения безопасносги автотранспоргных средств в условиях эксплуатации необходимо поддержание их тормозных систем в технически исправном состоянии, которое возможно на основе качественного контроля и информативной диагностики.
В связи с особенностью климатических условий нашей страны стендовые методы контроля получили наибольшее распространение. На современных силовых тормозных стендах осуществить качественный контроль процесса торможения автомобиля с функционирующей ABS очень трудно и энергозатратно. Действующий ГОСТ Р 51709-2001 предусматривает раздельный контроль тормозной системы и ABS. Оценка работоспособности ABS производится визуально - при помощи контрольной лампы на панели приборов, указывающей на неисправность ABS, визуального наблюдения за прямолинейностью движения автомобиля и отсутствием следов юза на дороге в процессе его торможения.
Как показывает опыт эксплуатации автомобилей, оснащенных ABS, до 30% неисправностей этих систем диагностическими сканерами не выявляются.
Поэтому, при существующих методах контроля, водитель автомобиля, как правило, узнает о неисправности ABS только в процессе экстренного торможения на дороге с малым коэффициентом сцепления, что само по себе очень опасно. Отказ ABS приводит к блокировке тормозящих колес, что создаёт аварийную ситуацию, а отсутствие регуляторов тормозных сил на автомобилях с ABS еще больше ей усугубляет.
В связи с этим, особую актуальность приобретает вопрос разработки метода контроля тормозной эффективности и устойчивости автомобилей с ABS при совместном функционировании тормозной и антиблокировочнон систем на роликовых стендах.
Рабочей гипотезой являлось предположение о том, что контроль тормозных систем автомобилей при их торможении с функционирующей ABS на инерционных роликовых стендах, обеспечивающих синхронное вращение всех опорных роликов и измерение тормозных сил, возможен без увеличения мощности привода стендов, а в качестве показателей оценки эффективности совместного функционирования тормозной системы и ABS целесообразно использовать интегральные показатели, рассчитанные на основе средних за процесс торможения значений реализованных касательных реакций и коэффициентов проскальзывания колес относительно поверхностей опорных роликов.
Целью работы является повышение безопасности автомобилей, оснащённых ABS, в словиях эксплуатации на основе эффективного контроля технического состояния тормозной и антиблокировочной систем в процессе их совместного функционирования на инер-лонных роликовых диагностических стендах.
Объект исследования - процесс торможения автомобиля с функционирующей ABS фи его диагностировании на роликовом стенде.
Предмет исследования - показатели тормозной эффективности и устойчивости ав-
омобилей, а также показатели качества работы ABS при совместном функционировании
іормозной системы и ABS в процессе диагностирования на роликовых стендах. /
Научную новизну работы определяют: /
теоретическое обоснование метода контроля тормозной эффективности и устойчивости автомобилей с функционирующей ABS при их диагностировании на инерционных роликовых стендах, основанного на анализе информации, поступающей от систем стенда, измеряющих тормозные силы, нагрузки на оси, усилие на органе управления, угловые скорости опорных роликов, а также от колесных датчиков ABS, измеряющих угловые скорости тормозящих колёс автомобилей;
разработанная математическая модель системы «Автомобиль (подрессоренная масса, подвеска - тормозная система - ABS - колеса) - стенд», позволяющая с достаточной точностью рассчитывать параметры процесса торможения автомобилей с функционирующей ABS в стендовых условиях;
количественные показатели, позволяющие определять техническое состояние тормозной системы автомобилей с ABS, качество регулирования антиблокировочной системой процесса торможения колес, а также быстродействие тормозной системы при диагностировании на инерционных роликовых стендах.
Практическая значимость. Внедрение метода контроля тормозной эффективности и устойчивости автомобилей с функционирующей ABS при их диагностировании на роликовых стендах в технологический процесс автотранспортных и авторемонтных предприятий, фирменных и сервисных центров обслуживания, пунктов технического осмотра позволит значительно повысить активную безопасность автомобилей с ABS в условиях их эксплуатации.
Предприятиям-изготовителям диагностического оборудования результаты работы позволят усовершенствовать конструкции производимых ими стендов для диагностирования тормозных систем с возможностью контроля эффективности совместного функционирования тормозной системы и ABS.
На защиту выносятся следующие научные положения:
-
контроль тормозной эффективности и устойчивости автомобилей с ABS в условиях эксплуатации должен выполняться при совместном функционировании тормозной системы и ABS на роликовых стендах инерционного типа, обеспечивающих непрерывное измерение тормозных сил и нагрузок индивидуально на каждом колесе, а также угловых скоростей опорных роликов стенда и всех тормозящих колес автомобиля, перераспределение массы автомобиля между его осями, синхронное вращение опорных роликов;
-
разработанная математическая модель системы «Автомобиль (подрессоренная масса, подвеска - тормозная система - ABS - колеса) - стенд», как объекта диагностирования, обеспечивает возможность проведения аналитических исследований процесса торможения автомобиля с функционирующей ABS на роликовых стендах с учётом влияния наиболее значимых факторов, характеризующих динамику взаимодействия элементов системы; :
-
контроль эффективности совместного функционирования тормозной системы и ABS автомобилей на роликовых стендах в условиях эксплуатации необходимо производить
на основе интегральных показателей: среднего значения удельной тормозной силы у; относительной- разности тормозных сил колес оси Kt, а также времени срабатывания тормозной системы 1ср. Контроль качества регулирования ABS процесса торможения колес автомобиля - на основе средних значений относительного проскальзывания S, диапазона изменения проскальзывания AS и реализованной касательной реакции ARX.
Апробация работы. Материалы исследований доложены и получили одобрение на: выставках «Транспорт и дороги Сибири» (СибЭкспоЦентр, г. Иркутск, 2005-2008 г.г.); 2-й российско-итальянской конференции по инновационно-технологическому и промышленному сотрудничеству с презентацией российских разработок (г. Падуя, Италия, 2006 г.); на VI и VII Московском международном салоне инноваций и инвестиций (ВВЦ, г. Москва,
2006, 2007 г.г.; конструкция стенда удостоена золотой медали ВВЦ); V межрегиональной выставке-ярмарке «АвтоТрансЭкспо» (ВЦ Забайкальский, г. Чита, 2007 г.); МНПК «Дорожно-транспортный комплекс, как основа рационального природопользования» (г. Омск, 2004 г.), НТК ИрГТУ (г. Иркутск, в 2005-2009 г.г.); IV всероссийской НТК с международным участием «Политранспортные системы» (г. Красноярск, 2006 г.), МНТК «Повышение эффективности эксплуатации автотранспортных средств на основе современных методов диагностирования» (г. Иркутск, 2007 г.); МНПК «Актуальные проблемы эксплуатации ма-шинотракторного парка, технического сервиса, энергетики и экологической безопасности в агропромышленном комплексе» (г. Иркутск, 2007 г.).
Реализация результатов работы. Результаты исследований внедрены в технологический процесс изготовления тормозных роликовых стендов на ЗАО «Компания «Новгородский завод ГАРО» (г. Великий Новгород). Разработанный метод контроля тормозной эффективности и устойчивости автомобилей с функционирующей ABS при их диагностировании на роликовых стендах прошёл производственную проверку и внедрен в производственный процесс ОАО «Грузовое автотранспортное предприятие №2» (г. Улан-Удэ), а реализующий его полноопорный роликовый стенд используется в учебном процессе Иркутского ГТУ и Технического колледжа при Иркутском ГТУ (г. Иркутск).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, общим объемом 6,64 усл. п.л., в том числе 2 работы в рецензируемых изданиях, определенных ВАК, получены 5 патентов РФ на изобретения и решение о выдаче патента РФ на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и основных выводов, списка литературы из 138 наименований, изложенных на 191 странице текста (в т.ч. 4 таблицы и 84 иллюстрации) и 4 приложений на 16 страницах.
Инерционные роликовые тормозные стенды
Автомобильный транспорт занимает доминирующее положение. Ежегодно грузовым автомобильным транспортом перевозится более 80% всего объема грузов, транспортом общего пользования - более 75% пассажиров.
Несмотря на это автомобильный транспорт остается самым опасным видом транспорта. По количеству ДТП на единицу автомобильной техники Россия опережает такие страны как Германия или Великобритания в десять раз [20, 78]. На долю России приходится треть всех транспортных происшествий Европы. Переломить ситуацию предполагается, реализовав федеральную целевую программу «Повышение безопасности дорожного движения в 2006-2012 годах». В документе поставлена цель сократить к 2012 году число погибших в ДТП в полтора раза [65].
Из общего числа ДТП, произошедших из-за технической неисправности, 40-50% обусловлены неисправностями тормозной системы [77]. Отметим, что отказы тормозных систем являются крайне опасными при эксплуатации АТС. ДТП, вызванные отказами тормозных систем, имеют наиболее тяжелые последствия.
Приведенные данные о ДТП [77, 65], произошедших по причине неудовлетворительного технического состояния тормозных систем, данные об их неисправностях [124] говорят о том, что тормозные свойства АТС, состояние их тормозной системы являются важнейшим, определяющим активную безопасность фактором.
Техническое состояние автомобиля и его агрегатов позволяет определять техническая диагностика [119]. Большой вклад в развитие технической диагностики внесли такие ученые как: Аринин И.Н. [1], Биргер И.А. [3], Борц А.Д. [5], Болдин АЛ. [57], Васильев В.И. [32], Веденяпин Г.В. [8], Верзаков Г.Ф. [11], Гернер Б.В. [47], Говорущенко Н.Я. [15, 16], Гришкевич А.И. [24], Гурьянов СИ. [27], Колчин А.В. [40], Косолапов Г.М. [42], Крамаренко Г.В. [91], Кузнецов Е.С. [92], Левинсон Б.В. [47], Лившиц В.М. [48], Малюков А.А. [52, 53], Мирошников Л.В. [56, 57, 58], Михлин В.М. [59 - 62], Мозгалевский А.В. [63], Павлов Б.В. [66], Сергеев А.Г. [80, 81], Серов А.В. [82, 83], Терских И.П. [87 -90], Топалиди В.А. [95 - 100], Федотов А.И. [102, 103, 105, 107 - 111], Харазов A.M. [113 - 116, 118 - 120], Черноиванов В.И. [121], Gethoffen Н. [129], Lange F. Н. [132], Rabiner R. [135] и многие другие.
Одной из главных задач технической диагностики является определение технического состояния объекта диагностирования (ОД). Эта задача решается с помощью различных методов объективной и субъективной оценки [124].
В условиях эксплуатации для реализации объективного метода диагностирования создавалось и создается новое контрольно-измерительное оборудование. На сегодняшний день всё большее распространение получает оборудование на базе электронно-вычислительной техники. Современное АТС немыслимо без применения компьютерных технологий, основанных на микропроцессорной технике.
Объективный метод диагностирования тормозных систем АТС в условиях эксплуатации может быть реализован как в дорожных, так и в стендовых условиях [19]. Климат нашей страны не позволяет круглогодично проводить диагностирование в дорожных условиях, поэтому наиболее приемлемы стендовые условия. Для реализации диагностирования в стендовых условиях не требуется больших площадей, которые необходимо изолировать от неблагоприятных условий российского климата. Стендовый метод позволяет проводить оценку тормозных свойств при торможении, как для каждой оси АТС, так и индивидуально для каждого колеса. В связи с этим стендовые методы контроля тормозных систем АТС получили в нашей стране наибольшее распространение.
Стендовые методы контроля не всегда удовлетворяют требованиям условий эксплуатации. В журнале «Автотранспортное предприятие» [46] отмечается: «Предлагаемые различными фирмами стенды для оценки технического состояния тормозной системы при проведении государственного технического осмотра, например, моделей ЛТК, стационарных стендов моделей СТС Новгородского завода ГАРО и зарубежной фирмы Cartec не могут дать объективные показатели поведения в транспортном потоке. Так как условия контроля технического состояния тормозной системы автомобиля на стенде не соответствуют дорожным: коэффициент сцепления колес с барабанами стенда; пятно контакта колеса автомобиля на беговом барабане стенда по сравнению с дорогой; начальная скорость торможения, которая предусматривается на стендах от 2,2 до 4,4 км/ч» [46].
Это подтверждают и авторы работы [46], делая следующий вывод: «Измеряя тормозные силы на колесах АТС отдельно для каждой оси, стендовый метод не может дать объективную оценку совместного их действия в дорожных условиях, даже при соблюдении допустимых значений относительной разности тормозных сил и удельной тормозной силы. Яркое тому доказательство проведенные на кафедре «Автомобильный транспорт» Волжского политехнического института дорожные испытания тормозных систем автобусов марки Волжанин-5270. Их результаты показали, что при положительных результатах контроля тормозных систем на стенде, 50% автобусов не выдержали нормативную величину замедления и превысили линейное боковое отклонение при торможении в дорожных условиях» [46].
Авторы статьи [46] утверждают о неправомерности рекомендуемых ГОСТ Р 51709-2001 [19] стендовых методов диагностирования тормозных систем АТС в процессе контроля их технического состояния. Они должны быть только технологическими и применятся только для регулировки тормозных механизмов до и после дорожных испытаний [46].
Кроме того, проведенные А.В. Бойко исследования [4] на кафедре «Автомобильный транспорт» Иркутского ГТУ показали, что: «...современные роликовые стенды при диагностике тормозной системы автомобиля не всегда дают объективную оценку её технического состояния, по причине возникновения больших погрешностей измерения силовых параметров, характеризующих тормозную эффективность и устойчивость автомобиля при торможении.
Параметры для контроля процесса торможения автомобиля с ABS в стендовых условиях
Аналитические исследования процесса торможения автомобиля с функционирующей ABS на полноопорном тормозном стенде представляются возможными при помощи математического моделирования с использованием дифференциальных уравнений. Для составления таких уравнений были выявлены и рассмотрены связи взаимодействия объектов в системе «АПТКС».
Структурная схема системы «АПТКС» (рис. 2.1) состоит из двух взаимосвязанных блоков: автомобиля с функционирующей ABS и тормозного стенда. Автомобиль представлен в виде взаимодействия подрессоренных, неподрессо-ренных масс, подвески, тормозной системы, ABS с электронным блоком управления (ЭБУ), модулятора давления в тормозном приводе. Автомобиль установлен на стенд, состоящий из механической части и электронных систем измерения и преобразования. Механическая часть стенда включает в себя опорные ролики, маховые массы, цепные передачи, конические редукторы и пр. Системы измерения и преобразования состоят из датчиков, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и электронно-вычислительной машины (ЭВМ).
Структурная схема системы «АПТКС» Под режимом диагностирования подразумевается характер тестового воздействия на автомобиль. В данном случае это разгон колес автомобиля до начальной скорости торможения Va и воздействие на орган управления тормозным приводом автомобиля с усилием Fn =f(t) для последующей их остановки.
Разгон колес автомобиля, опорных роликов и маховых масс стенда осуществляется посредством собственной силовой установки автомобиля. Водитель, воздействуя на орган управления тормозным приводом автомобиля с усилием F„ f(t), приводит в действие тормозную систему. Тормозной привод с некоторым запаздыванием tcp (время срабатывания) изменяет давление рабочего тела Pt =f(F,J, подводимое к тормозным механизмам колес. Трущиеся пары тормозных механизмов создают тормозные моменты Mt у —f(Pt у) на колесах автомобиля, вызывая изменение их угловых скоростей coKlJ —f(t). Значения угловых скоростей сок у = f(t) регистрируются штатными датчиками, входящими в состав ABS. Сигналы датчиков передаются в ЭБУ ABS, где обрабатываются и пересчитываются в значения относительного проскальзывания Sy = f(Mt tJ), на основании анализа которых ЭБУ ABS формирует команды Ау, Бу, служащие для модулятора управляющими сигналами на изменение давления в тормозном приводе PtlJ =f(Aip Бу). Информация от датчиков угловой скорости колес автомобиля также поступает через АЦП в ЭВМ стенда и используется для анализа эффективности работы тормозной системы.
Колеса автомобиля контактируют с опорными роликами стенда и воздействуют на них продольными силами Fxij =f(MtlJ, (pj равными сумме тормозных сил Ft у и сил сопротивления качению Ffy (Fx у = F, у + F/y). Поверхность опорных роликов стенда, характеризующаяся коэффициентом сцепления рх, также воздействует на колеса автомобиля продольной реакцией Rx у на действие тормозной силы. При торможении автомобиля, его колеса стремятся остановить опорные ролики, а маховики, имеющие жесткую кинематическую связь с роликами - напротив, стремятся поддержать их вращение инерционным моментом Mj І за счет накопленной при задании тестового режима кинетической энергии. Магнитострикционные датчики тормозной силы, установленные на валах опор 48 ных роликов, бесконтактным способом регистрируют усилие Rx jj, создаваемое тормозной системой на каждом из колес. Изменение угловой скорости опорных роликов а р І в процессе торможения измеряется индуктивными датчиками.
Возникающие в точках контактов колес автомобиля с опорными роликами стенда продольные реакции Rx у воздействуют на подрессоренную массу автомобиля через подвеску, вызывая перераспределение этой массы по осям автомобиля - передняя ось догружается, а задняя - разгружается. В результате изменяются силы Fz у, действующие от подрессоренной массы автомобиля и подвески на колеса — нагрузка на колеса оси автомобиля GK,, и силы со стороны подвески Fp /. Меняющаяся нагрузка GK , на колеса оси автомобиля воспринимается датчиками веса стенда. Сигналы от всех датчиков стенда: датчиков веса, тормозной силы и угловой скорости опорных роликов через АЦП поступают в ЭВМ.
Структурная схема системы «АПТКС» наглядно отображает влияние на процесс торможения автомобиля с функционирующей ABS всех наиболее значимых факторов, таких как: - перераспределение массы автомобиля по осям; - взаимодействие колес автомобиля с опорными роликами стенда; - работа модулятора и ЭБУ ABS; - перекатывание колес автомобиля по опорным роликам стенда; - непараллельность осей автомобиля и стенда; - гистерезис и инерционность тормозных механизмов автомобиля.
Они позволяют анализировать причинно-следственные связи в системе «АПТКС» в процессе контроля процесса торможения автомобиля с функционирующей ABS на диагностическом тормозном роликовом стенде.
Для решения поставленных в диссертации задач, разработана схема научного обоснования метода контроля тормозной эффективности и устойчивости автомобилей с функционирующей ABS на роликовых стендах, которая представлена на рис. 2.2.
Математическое описание работы электронного блока управления ABS
Разработана структурная схема и математическая модель системы «Автомобиль (подрессоренная масса, подвеска — тормозная система — ABS — колеса) — стенд», как объекта диагностирования, обеспечивает возможность проведения аналитических исследований процесса торможения автомобиля с функционирующей ABS на роликовых стендах с учётом динамики взаимодействия шин с опорными поверхностями роликов стенда; характеристик тормозного механизма, имеющих вид петлевой нелинейности; логики работы блока управления ABS; характеристик модулятора давления рабочего тела в приводе; перекатывания колес автомобиля по опорным роликам стенда; перераспределения массы автомобиля по его осям; крутильных колебаний неподрессоренных масс на жесткостях подвески; непараллельности осей автомобиля и опорных роликов стенда; динамики перемещения подрессоренных и неподрессоренных масс автомобиля;
Теоретически обоснованы интегральные показатели эффективности совместного функционирования тормозной системы и ABS автомобилей на роликовых стендах: интегральный показатель тормозной эффективности автомобиля с ABS, как среднее значение удельной тормозной силы у; интегральный показатель устойчивости автомобиля с ABS при торможении, как относительная разность тормозных сил колес оси Ки, рассчитанный на основе средних за процесс установившегося торможения значений реализованных касательных реакций, измеренных на колесах для каждой диагностируемой оси автомобиля; интегральные показатели качества регулирования антиблокировочной системой установившегося процесса торможения колёс автомобиля, как среднее значение относительного проскальзывания S , диапазон изменения значений проскальзывания AS и диапазон изменения значений реализованной касательной реакции ARX; контроль быстродействия тормозной системы автомобилей с ABS целесообразно осуществлять на основе измерения времени tcp — как периода времени от момента нажатия на орган управления рабочей тормозной системы до момента достижения удельной тормозной силой своего нормативного значения, регламентированного
Эффективность исследований процесса торможения автомобилей с функционирующей ABS во многом определяется на основе корректного сочетания аналитических и экспериментальных методов исследований. Выбор и разработка методик экспериментальных исследований, качество обработки и анализа результатов экспериментов непосредственно влияют на точность и достоверность аналитических исследований, основанных на математическом моделировании.
Разработанные математические модели нуждаются в оценке адекватности, т.е. в проверке на соответствие расчетных характеристик реальным процессам. Для этого были проведены экспериментальные исследования процесса торможения автомобилей с функционирующей ABS в дорожных условиях, согласно ГОСТ Р 51709-2001 [19], и на тормозном роликовом стенде. Полученные результаты сравнивались с произведенными расчетами по разработанным математическим моделям с учетом тех же условий, как и при экспериментальных исследованиях.
Результаты экспериментальных исследований во многом зависят от большого количества случайных факторов. При проведении дорожных испытаний на автомобиль действуют такие случайные факторы как ветровая нагрузка, профиль дороги, климатические условия. При проведении стендовых испытаний - непараллельность осей автомобилей и стенда, перекатывание колес по роликам стенда, в измерительной аппаратуре могут наблюдаться помехи, сбои и т.д. В этой связи очень важен вопрос однородности полученных данных. Наиболее действенным способом увеличения точности измерений является увеличение количества наблюдений.
Для определения необходимого количества наблюдений можно воспользоваться установленными зависимостями [9, 79], задавшись значениями надежности Ни относительной ошибки А0, взятой в долях стандарта а [9].
Данная методика применима в случае, когда заранее известна дисперсия наблюдений а2. Если же дисперсия заранее не известна, то для определения количества наблюдений можно воспользоваться методом проверки статистических гипотез [74].
Согласно данному методу, перед проведением испытаний необходимо определить минимальное число испытаний п, обеспечивающее необходимую точность дт. Для каждого испытания проверяется предположение о том, что среднеквадратическое отклонение с наблюдаемых параметров не превышает некоторую выбранную точность [74]:
Обоснование конструкции механической части стенда для контроля тормозных систем автомобиля с функционирующей ABS
Как показывают полученные зависимости плотностей распределения параметров торможения автомобиля Toyota Corolla с функционирующей и отключенной ABS (рис. 4.8, 4.9), математические ожидания каждого параметра укладываются в требования действующего ГОСТ Р 51709-2001 [19]. Следовательно, тормозная система испытуемого автомобиля Toyota Corolla полностью исправна, так как обеспечивает в ходе дорожных испытаний требования ГОСТ Р 51709-2001 [19] как с функционирующей ABS, так и без неё.
Обоснование метода контроля тормозной эффективности и устойчивости автомобилей с функционирующей ABS на роликовых стендах
На следующем этапе были проведены исследования с целью обоснований требований к конструкции стенда, способного обеспечивать тестовые режимы для контроля тормозной системы автомобиля с функционирующей ABS. Были научно обоснованы основные требования к системам измерения параметров, характеризующих техническое состояние тормозных систем автомобилей с функционирующей ABS. Разработана конструкция стенда, а также его сборочные и деталировочные чертежи, по которым он был изготовлен и собран.
Обоснование конструкции механической части стенда для контроля тормозных систем автомобиля с функционирующей ABS
Для проведения стендовых испытаний тормозных систем автомобилей с функционирующей ABS необходим стенд, позволяющий обеспечивать как тестовые режимы, так и измерение контролируемых параметров.
Современные ABS не работают в тех случаях, когда колеса одной их оси вращаются на стенде, а колеса других осей неподвижно стоят. В этом случае электронная диагностическая систем автомобиля отключает ABS и включает на панели приборов сигнализатор о её неисправности. Поэтому одним из первых требований к тестовому оборудованию (к стенду) является обеспечение возможности одновременного диагностирования всех тормозящих колес диагностируемого автомобиля.
Важнейшим вопросом при обосновании метода диагностирования является выбор типа нагружающих устройств стенда.
На сегодняшний день наибольшее распространение при диагностировании тормозных систем автомобиля получили силовые роликовые стенды (рис. 4.10). Отличительной особенностью таких стендов является наличие в их конструкции в качестве нагружающего устройства приводного балансирного мотор-редуктора 5, имеющего жесткую кинематическую связь с опорными роликами 2 посредством цепных передач 4, и ролика 3 следящей системы обеспечивающей контроль угловой скорости колес 1 диагностируемого автомобиля. Одним из основных недостатков, присущих стендам такого типа, является низкая скорость вращения опорных роликов, как правило, в диапазоне от 2 км/ч до 4 км/ч. Это влечет за собой невозможность диагностирования тормозной системы с работающей ABS, так как при столь низких скоростях, ABS не функционирует.
Для того, чтобы ответить на вопрос, как изменится мощность приводных электродвигателей силового стенда при увеличении скорости прокручивания опорных роликов, определим мощность его привода из выражения:
Из графика видно, что при диагностировании тормозной системы автомобиля массой 1000 кг, на силовом стенде даже при начальной скорости торможения Va= 30 км/ч мощность привода стенда превышает 50 кВт.
При той же скорости диагностирования автомобиля массой 7000 кг мощность привода стенда приближается к 500 кВт. Очевидно, что использование для контроля тормозных систем автомобиля с функционирующей ABS стендов с такими большими значениями мощности привода представляется малоперспективным.
Конструктивно силовые роликовые стенды выполнены таким образом, что от точки приложения тормозной силы до точки ее измерения силоизмери-тельным датчиком имеет место достаточно сложная кинематическая цепь (рис. 4.10). В звеньях кинематической цепи - цепных передачах, подшипниковых опорах, шестернях мотор-редуктора часть тормозной силы теряется на трение. На график тарировочной характеристики есть значительная петля гистерезиса. Проведенные А.В. Бойко исследования [4] показали, что погрешность, связанная с неточностью системы измерения тормозной силы в результате наличия на графике тарировочной характеристики силового стенда петли гистерезиса (вызванной силовыми потерями в кинематической пепи силового стенда от точки приложения тормозной силы до точки ее измерения силоизмерительным датчиком) превышают требования действующего ГОСТ Р 51709-2001 [19].
Кроме силовых роликовых стендов ранее также широко были распространены роликовые стенды инерционного типа (рис. 4.12).
У инерционных стендов (в отличие силовых от стендов) в качестве нагружающих устройств установлены маховичные энергоаккумуляторы 4, которые кинематически жестко связаны с опорными роликами 2 при помощи цепных передач 3. Раскрученный до заданной угловой скорости маховик, обладая большой кинетической энергией, обеспечивает вращение опорных роликов стенда, а также вращение колеса 1 при его торможении.
Для вывода стенда и колес автомобиля в тестовый режим (в режим начальной скорости торможения) привод стенда должен преодолеть силы сопротивления качению, инерцию разгона маховика, а также вращающихся масс автомобиля и стенда, силы трения в трансмиссии автомобиля и приводе стенда. Расчеты, выполненные на модели системы «АПТКС» показывают, что мощность, необходимая для обеспечения тестового режима торможения колес автомобиля на инерционных стендах примерно в 20 раз меньше, чем на силовых.
Очевидным достоинством инерционных стендов является тот факт, что процесс торможения колес автомобиля на них сопровождается равномерным снижением скорости опорных роликов, что в частности, соответствует режимам торможения автомобилей в дорожных условиях.
Отличительной особенностью классических инерционных тормозных стендов является отсутствие в их конструкции роликов следящей системы (рис. 4.12), а также других систем контроля угловой скорости колеса.
Еще одним очевидным недостатком конструкции классических инерционных стендов (препятствующим его применению для контроля тормозных систем автомобилей с ABS) является кинематическое разобщение тормозящих колес друг от друга в процессе диагностирования. То есть каждый тормозной механизм автомобиля при торможении останавливает свое колесо со своей парой опорных роликов и маховиком. При этом маховик и пара опорных роликов кинематически не связаны с другими опорными роликами и маховиками. При таком тестовом режиме ABS не может работать корректно, поскольку большие разбросы угловых скоростей тормозящих колес не позволят электронному блоку корректно определить опорную скорость для расчета проскальзывания.
Традиционная конструкция инерционных стендов не предусматривает возможность измерения тормозных сил на колесах автомобиля. Эффективность торможения автомобиля при диагностировании на них обычно оценивается по величине времени остановки маховика с опорными роликами стенда или по величине пройденного колесом тормозного пути.
Проанализируем метод оценки тормозной эффективности по величине времени остановки маховика с опорными роликами стенда или по величине пройденного колесом тормозного пути. Для этого рассмотрим графики процесса торможения колеса, полученные экспериментальным методом на инерционном стенде (рис. 4.13). И для удобства анализа представим процесс торможения колеса на инерционном стенде в виде схемы, приведенной на рис. 4.14.
Из графика (рис. 4.13) видно, что в изменении угловой скорости сок колеса наблюдается переходный период - период крутильных колебаний, который датчики стенда отслеживают так же, как и в случае с силовыми стендами. Графики наглядно показывают, что угловая скорость колеса сок обращается в ноль гораздо раньше, нежели угловая скорость опорных роликов сор. То есть опорные ролики продолжают вращение еще некоторый промежуток времени, в то время как колесо уже заблокировано и даже истекло время его переходного колебательного периода.
